一种控制装置的制造方法

一种控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制装置，包括：采集模块，用于采集所述半导体激光器的第一温度模型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值；模/数转化模块，用于接收并将所述模拟化的第一温度值转化为数字化的第一温度值；处理模块，用于接收所述数字化的第一温度值，输出第一电流值；数/模转化模块，用于基于模拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输出第一控制信号；驱动模块，用于生成并输出温度控制信号；第一调节模块，用于接收并基于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作。通过上述提供的技术方案，用于解决现有技术中的控制装置存在控制精度低、控制范围较小的技术问题。
【专利说明】
一种控制装置
技术领域
[0001 ] 本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种控制装置。
【背景技术】
[0002] 目前，由于半导体激光器的体积小、重量轻、输入电压小、结构简单、寿命长、转换 效率高等优点，使得半导体激光器在光通信、光信息存取、激光雷达等领域得到了广泛的应 用。
[0003] 而半导体激光器往往受到电流、温度、环境与机械扰动的影响将导致输出波长出 现波动。因此，提供一种高精度的温度、电流控制系统对半导体激光器的温度和电流进行控 制是必要的。
[0004] 现有技术中，对半导体激光器的温度和电流的控制主要是基于模拟电路进行的， 其控制系统主要基于比例积分微分来实现。本申请发明人在发明本申请实施例中技术方案 的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：
[0005] 由于现有技术中对半导体激光器温度和电流的控制采用的是模拟电路，并基于比 例积分微分来实现，而通过比例积分微分进行控制的过程中，对系统参数的调整主要依靠 经验数据，并不能够基于反馈原理、差值及差值变化率对系统参数进行在线实时更新控制， 所以，会导致输出的控制量的精确度较低，从而导致对半导体激光器的温度控制的精度较 低，控制范围较小，可见，现有技术中的控制装置存在控制精度低、控制范围较小的技术问 题。

【发明内容】

[0006] 本发明实施例提供一种控制装置，用于解决现有技术中控制装置存在控制精度 低、控制范围较小的技术问题，以提高控制装置的控制精度、控制范围的技术效果。
[0007] -种控制装置，应用于控制一半导体激光器，所述控制装置包括：
[0008] 采集模块，与所述半导体激光器连接，用于采集所述半导体激光器的第一温度模 型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值，其中，所述第一温度模型为基于单位时间内 进入所述半导体激光器的进入空气热量、所述半导体激光器内的至少一个电子元件的发热 量、从所述半导体激光器排出的排出空气热量及所述半导体激光器的内腔壁向外腔壁传导 的传热量而建立的数学模型；
[0009] 模/数转化模块，与所述采集模块连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值 转化为数字化的第一温度值；
[0010] 处理模块，与所述模/数转化模块连接，用于接收所述数字化的第一温度值，基于 所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块上的第一电 流，输出第一电流值；
[0011] 数/模转化模块，与所述处理模块连接，用于基于所述第一电流值、所述模拟化的 第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一预设温度值之间的模 拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输出第一控制 信号；
[0012] 驱动模块，与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第一电流值和所述 第一控制信号，生成并输出温度控制信号；
[0013] 第一调节模块，与所述半导体激光器封装在一起，与所述驱动模块连接，用于接收 并基于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作，以使所述半导体激光器的所述当前温度 值从所述第一温度值调整为第二温度值，其中，所述第二温度值与第一预设温度值之差小 于第一预设温度差值。
[0014] 可选的，所述采集模块还用于：
[0015] 采集所述半导体激光器的第一电流模型输出的当前电流值为模拟化的第一电流 值。
[0016] 可选的，所述处理模块还用于：
[0017] 接收由所述模/数转化模块输出的与所述模拟化的第一电流值对应的数字化的 第一电流值，基于所述数字化的第一电流值、数字化的第一预设电流值，调整流入所述处理 模块的第二电流，输出第二电流值。
[0018] 可选的，所述数/模转化模块还用于：
[0019] 用于基于所述第二电流值、所述模拟化的第一电流值与与所述数字化的第一预设 电流值对应的模拟化的第一预设电流值之间的模拟化的第一电流差值，及基于所述模拟化 的第一电流差值而获得的变化率，输出第二控制信号，以供第二调节模块对所述半导体激 光器的所述当前电流值进行调节，以使所述当前电流值从所述第一电流值调整为第二电流 值，且所述第二电流值与第一预设电流值之差小于第一预设电流差值。
[0020] 可选的，所述控制装置还包括：
[0021] 输入模块，与所述处理模块连接，用于输入所述第一预设温度值及第一预设电流 值。
[0022] 可选的，所述控制装置还包括：
[0023] 显示模块，与所述处理模块相连，用于显示所述当前温度值、所述第一预设温度 值、所述当前电流值及所述第一预设电流值。
[0024] 可选的，所述控制装置还包括：
[0025] 稳压模块，与所述模/数转化模块和所述数/模转化模块相连，用于为所述模/数 转化模块和所述数/模转化模块提供第一稳压电压。
[0026] 本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效 果：
[0027] -、由于本申请实施例中控制装置包括：采集模块，与所述半导体激光器连接，用 于采集所述半导体激光器的第一温度模型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值；模/ 数转化模块，与所述采集模块连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值转化为数字化 的第一温度值；处理模块，与所述模/数转化模块连接，用于接收所述数字化的第一温度 值，基于所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块上 的第一电流，输出第一电流值；数/模转化模块，与所述处理模块连接，用于基于所述第一 电流值、所述模拟化的第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一 预设温度值之间的模拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变 化率，输出第一控制信号；驱动模块，与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第 一电流值和所述第一控制信号，生成并输出温度控制信号；第一调节模块，与所述半导体激 光器封装在一起，与所述驱动模块连接，用于接收并基于所述温度控制信号，执行制冷或制 热操作，即不会像现有技术中对半导体激光器温度和电流的控制采用的是模拟电路，并基 于比例积分微分来实现，而通过比例积分微分进行控制的过程中，对系统参数的调整主要 依靠经验数据，并不能够基于反馈原理、差值及差值变化率对系统参数进行在线实时更新 控制，所以，采用本技术方案能够提高控制量的精确度及控制范围，因此，采用本方案能够 解决现有技术中的控制装置存在控制精度低、控制范围较小的技术问题，从而达到提高控 制装置的控制精度及控制范围的技术效果。
[0028] 二、由于本申请实施例中的技术方案是稳压模块，与所述模/数转化模块和所述 数/模转化模块相连，用于为所述模/数转化模块和所述数/模转化模块提供第一稳压电 压。即不会像现有技术的稳压源在稳压电源的供电电压或负载电阻发生变化，由于稳压电 源的线路简单，稳压电源对电压的控制能力有限，而采用本方案能够解决半导体激光器输 出电压不稳定、误差高的技术问题，从而达到使得半导体激光器输出电压稳定、误差小的技 术效果。
【附图说明】
[0029] 图1为本申请实施例一提供的一种控制装置的结构图；
[0030] 图2为为本申请实施例一提供的一种控制装置的控制原理流程图。
【具体实施方式】
[0031] 在本申请实施例提供一种控制装置，用于解决现有技术中控制装置存在控制精度 低、控制范围较小的技术问题，以提高控制装置的控制精度、控制范围的技术效果。
[0032] 本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：
[0033] 采集模块，与所述半导体激光器连接，用于采集所述半导体激光器的第一温度模 型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值，其中，所述第一温度模型为基于单位时间内 进入所述半导体激光器的进入空气热量、所述半导体激光器内的至少一个电子元件的发热 量、从所述半导体激光器排出的排出空气热量及所述半导体激光器的内腔壁向外腔壁传导 的传热量而建立的数学模型；
[0034] 模/数转化模块，与所述采集模块连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值 转化为数字化的第一温度值；
[0035] 处理模块，与所述模/数转化模块连接，用于接收所述数字化的第一温度值，基于 所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块上的第一电 流，输出第一电流值；
[0036] 数/模转化模块，与所述处理模块连接，用于基于所述第一电流值、所述模拟化的 第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一预设温度值之间的模 拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输出第一控制 信号；
[0037] 驱动模块，与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第一电流值和所述 第一控制信号，生成并输出温度控制信号；
[0038] 第一调节模块，与所述半导体激光器封装在一起，与所述驱动模块连接，用于接收 并基于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作，以使所述半导体激光器的所述当前温度 值从所述第一温度值调整为第二温度值，其中，所述第二温度值与第一预设温度值之差小 于第一预设温度差值。
[0039] 在上述技术方案中控制装置包括：采集模块，与所述半导体激光器连接，用于采集 所述半导体激光器的第一温度模型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值；模/数转化 模块，与所述采集模块连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值转化为数字化的第一 温度值；处理模块，与所述模/数转化模块连接，用于接收所述数字化的第一温度值，基于 所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块上的第一电 流，输出第一电流值；数/模转化模块，与所述处理模块连接，用于基于所述第一电流值、所 述模拟化的第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一预设温度 值之间的模拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输 出第一控制信号；驱动模块，与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第一电流值 和所述第一控制信号，生成并输出温度控制信号；第一调节模块，与所述半导体激光器封装 在一起，与所述驱动模块连接，用于接收并基于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作， 即不会像现有技术中对半导体激光器温度和电流的控制采用的是模拟电路，并基于比例积 分微分来实现，而通过比例积分微分进行控制的过程中，对系统参数的调整主要依靠经验 数据，并不能够基于反馈原理、差值及差值变化率对系统参数进行在线实时更新控制，所 以，采用本技术方案能够提高控制量的精确度及控制范围，因此，采用本方案能够解决现有 技术中的控制装置存在控制精度低、控制范围较小的技术问题，从而达到提高控制装置的 控制精度及控制范围的技术效果。
[0040] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明技 术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请文件中记载的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明技术方 案保护的范围。
[0041] 实施例一
[0042] 在本申请实施例中，提供一种控制装置，请参考图1，所述控制装置包括：
[0043] 采集模块10,与所述半导体激光器连接，用于采集所述半导体激光器的第一温度 模型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值，其中，所述第一温度模型为基于单位时间 内进入所述半导体激光器的进入空气热量、所述半导体激光器内的至少一个电子元件的发 热量、从所述半导体激光器排出的排出空气热量及所述半导体激光器的内腔壁向外腔壁传 导的传热量而建立的数学模型；
[0044] 模/数转化模块20,与所述采集模块10连接，用于接收并将所述模拟化的第一温 度值转化为数字化的第一温度值；
[0045] 处理模块30,与所述模/数转化模块20连接，用于接收所述数字化的第一温度值， 基于所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块30上 的第一电流，输出第一电流值；
[0046] 数/模转化模块40,与所述处理模块30连接，用于基于所述第一电流值、所述模拟 化的第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一预设温度值之间 的模拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输出第一 控制信号；
[0047] 驱动模块50,与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第一电流值和所 述第一控制信号，生成并输出温度控制信号；
[0048] 第一调节模块60,与所述半导体激光器封装在一起，与所述驱动模块连接，用于接 收并基于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作，以使所述半导体激光器的所述当前温 度值从所述第一温度值调整为第二温度值，其中，所述第二温度值与第一预设温度值之差 小于第一预设温度差值。
[0049] 在具体实现过程中，半导体激光器是利用半导体材料产生的受激辐射和谐振腔提 供的光反馈制作的一类半导体器件。常用的半导体材料有申化钾、硫化镉、磷化铟、硫化锌 等。激励方式有电注入、电子束激励和光栗浦三种形式。
[0050] 在具体实施过程中，所述控制装置主要包含模拟电路和数字电路两部分，数字控 制部分主要包括：采集模块10,与所述半导体激光器连接，用于采集所述半导体激光器的 第一温度模型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值，其中，所述第一温度模型为基于 单位时间内进入所述半导体激光器的进入空气热量、所述半导体激光器内的至少一个电子 元件的发热量、从所述半导体激光器排出的排出空气热量及所述半导体激光器的内腔壁向 外腔壁传导的传热量而建立的数学模型；
[0051] 在具体实现过程中，采集模块10具体为温度传感器，与半导体激光器相连，用于 采集半导体激光器的温度，对于温度测量，常用的传感器有热电阻、热电偶、集成温度传感 器等。在选择温度传感器时应考虑的因素有温度测量范围、精度、响应时间、稳定性、线性度 和灵敏度。由于采集到的第一温度值为为模拟化的温度值，如：1〇摄氏度~120摄氏度的 温度信号经温度传感器转化为IV~120V的温度模拟电压信号，是原始信号。
[0052] 在本申请实施例中，温度传感器采集所述半导体激光器的第一温度模型输出的当 前温度值，其中第一温度模型具体为：
[0053] 在自动控制技术中，若要分析系统的动态特性，稳定性和控制精度，需要根据组成 该系统各单元的传递函数和他们之间的联结关系导出整体系统的传递函数。在本申请实施 例中，外腔半导体激光器的腔室就是温度自动控制系统的被控对象，对象的数学模型则是 响应对应于激励的动态表达式。
[0054] 根据能量守恒定律，外腔半导体激光器的温度控制数学模型具有如下关系：
[0055] 恒温腔内热量的变化率=[(单位时间进入腔内的空气热量）+ (单位时间腔内二 极管和其它设备的散热量）]_[(单位时间从腔内排除的空气热量）+ (单位时间腔内向腔外 的传热量）]，对应的具体数学表达式可以描述为：
[0056]
( 1 )
[0057] (1)式经过变形可以得到⑵式 A
f
[0062] 上式中，1\为恒温腔的时间常数；R 热阻，K*°C /KJ ;K i为放大常数，°C /°C ;t s， tf为输入系数；t n:输出系数。式（4)就是恒温腔的数学模型。设t f= t fQ:
[0067] 当恒温腔处在稳定状态时
tn= t n。，ts= t s。，tf = t f。(0表示稳态）。
[0068] 在稳态时（6)式为：
[0069] tn0= K ^t^+tjo) (11)
[0070] 当恒温腔处在过渡过程中，则有：
[0071] tn= t η0+Δ tn、ts= t s0+A ts tf= t f0(A 表示增量）
[0072] 将上式代入（4)中，得：
[0077]
(14)
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 假设制冷器的制冷效果稳定，SP Δ ts= 0,则
[0078] 假设Atf为阶跃函数M，即At f=M，则上式为一阶线性常系数非奇次微分方程 式，方程式的解为：
[0079]
(15)
[0080] 其中Δ 1是按照指数规律变化。
[0081] 由上式可知，当t = ?\时，
[0082]
(16)
[0083] 当t = m时，恒温腔温度增量的稳定值为：
[0084] Δ tn ( ^ ) = KiM (17)
[0085] Μ
[0086] 当考虑恒温室纯滞后η的影响时，Δ t η的表达式为：
[0087]
C18)
[0088] 根据上述分析，外腔半导体激光器腔内可看作是一个简单而且具有一定自衡能力 的单容对象，其温度控制的的数学模型可用单容纯滞后的传递函数的形式来表示，传递函 数可由下式表示：
[0089]
(19)
[0090] 综上可知，外腔半导体激光器的温度的传递函数也可由G(s)表示。即：
[0091]
(20:)
[0092] 在本甲请买施例中，所还采集模块10还用于：
[0093] 采集所述半导体激光器的第一电流模型输出的当前电流值为模拟化的第一电流 值。
[0094] 在具体实现过程中，若要实现对半导体激光器电流的控制，则首先要建立半导体 激光器对应的电流模型，激光器的二极管是电流的被控对象，对象的数学模型是响应对应 于于激励的动态表达式。
[0095] 根据温度的传输方程的推导过程可知，加上外腔半导体激光器的电流控制为纯滞 后系统，外腔半导体激光器的电流的时域表达式为：
[0096] y (t) = x (t- τ ) (21)
[0097] 对上式进行拉普拉斯变换，得：
[0098] Y(s)=X(s)eTS (22)
[0099] 外腔半导体激光器的电流传递函数：
[0100] Y(s)/X(s) = G(s) = e Ts (23)
[0101] 因此，外腔半导体激光器的电流为一阶动态系统：
[0102]
(25)
[0103] 因此，外腔半导体激光器的温度和电流控制的传递函数可以表示为：
[0104]
[0105] 在获得半导体激光器的腔室的温度电信号及半导体激光器二极管的电流信号后， 则需要将温度电信号和电流信号发送给模/数转化模块20,模/数转化模块20,与所述采 集模块10连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值转化为数字化的第一温度值；
[0106] 在本申请实施例中模/数转化模块20还用于将采集的模拟化的第一电流值转化 为数字化的第一电流值。
[0107] 模/数转化模块20是采样通道的核心，对多路模拟数据外腔半导体激光器的电流 设定值Iset ;电流实际值Iact ;TEC电流实际值ITact ;温度设定值Tset ;实际温度值Tact 等进行采集，采用八通道，其中，A/D转换过程分为采样、量化和编码三个步骤，模拟信号经 过这三个步骤完成变换后，送入处理模块30进行数据处理。在本申请实施例中，A/D转换 芯片的位数按照控制稳定度来确定。设温度范围为W，控制精度为X°C，则A/D芯片的位数 η可按下式计算：
[0108]
[0109] 在本申请实施例中，温度的范围为120°C，控制温度要求为0. 01°C，120/0. 01 = 12000,则16位A/D芯片可以满足要求，本申请实施例中选择ADS8345芯片。对于芯片 ADS8345的使用参数：
[0110] 1、正负两极输入，提供的相应的输入电压范围为：土VERF。
[0111] 2、参考电压（VERF)的范围为：500Mv~VCC/2。
[0112] 3、供电电压：2. 7V-5V。
[0113] 4、转换率：100KHz。
[0114] 5、信噪比：85dB。
[0115] 6、在转换率为100ΚΗz，供电电源电压为+5V，其典型功耗为8mW。
[0116] 7、ADS8345具有关闭模式，该模式能够将功耗降低至15MW。
[0117] 在将温度传感器获得的模拟化的第一温度值转化为数字化的第一温度值及将模 拟化的第一电流值转化为数字化的第一电流值后，就要将数字化的第一温度值和电流化的 第一电流值传输给处理模块30。
[0118] 处理模块30,与所述模/数转化模块20连接，用于接收所述数字化的第一温度值， 基于所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块30上 的第一电流，输出第一电流值；
[0119] 数/模转化模块40，与所述处理模块30连接，用于基于所述第一电流值、所述模拟 化的第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一预设温度值之间 的模拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输出第一 控制信号；
[0120] 所述处理模块30还用于：
[0121] 接收由所述模/数转化模块20输出的与所述模拟化的第一电流值对应的数字化 的第一电流值，基于所述数字化的第一电流值、数字化的第一预设电流值，调整流入所述处 理模块30的第二电流，输出第二电流值。
[0122] 所述数/模转化模块40还用于：
[0123] 用于基于所述第二电流值、所述模拟化的第一电流值与与所述数字化的第一预设 电流值对应的模拟化的第一预设电流值之间的模拟化的第一电流差值，及基于所述模拟化 的第一电流差值而获得的变化率，输出第二控制信号，以供第二调节模块对所述半导体激 光器的所述当前电流值进行调节，以使所述当前电流值从所述第一电流值调整为第二电流 值，且所述第二电流值与第一预设电流值之差小于第一预设电流差值。
[0124] 在本申请实施例中，处理模块30是把中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、 输入输出端口等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。处理模 块30具有PIC系列、Motorola系列等，TI公司的MSP30系列的单片机的应用如前增长较 快。在本申请实施例中采用ATMEL公司的AT89C52芯片。AT89C52芯片是一种带8k字节闪 烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CM0S8位处理器。该器件采用ATMEL高密度 非易失存储器制造技术制造。基于单片机AT89C52为核心控制芯片的外腔半导体激光器恒 温控制系统的电路通过A/D转换芯片ADS8345读取外腔半导体激光器温度及电流后，请参 考图2,可以进行三方面的处理：
[0125] 1、通过按键初始化LED，并且将选择显示的电流或温度：Iset、Iact、ITact、Tset、 Tact，其中，Iset、Iact为设定的电流值和实际电流值；Tset、Tact为设定的温度值和实际 的温度值；
[0126] 2、在D/A芯片DAC8554中将温度的实际采样值与设定的理想值进行比较，输出温 度和电流的理想的模拟量，三者结合从而保持温度和电流的恒定；
[0127] 3、将温度的实际采样值与设定的理想值比较，获得的电流和温度偏差e和偏差变 化率ec，经过查询控制表获得模糊输出量，结合PID控制算法将执行结果送到执行机构中 去。
[0128] 其中
[0129] 在具体实现过程中，所述控制装置还包括：
[0130] 显示模块70,与所述处理模块30相连，用于显示所述当前温度值、所述第一预设 温度值、所述当前电流值及所述第一预设电流值。
[0131] 在本申请实施例中，所述控制装置还包括：
[0132] 输入模块80,与所述处理模块30连接，用于输入所述第一预设温度值及第一预设 电流值。
[0133] 本申请实施例中，在处理模块30接收到由A/D转化模块发送的外腔半导体激光器 温度及电流后，可以在显示单元上显示接收到的外腔半导体激光器的温度和电流。具体实 现过程中，Tact、Iact是通过采集单元采集到的实际温度值和实际电流值，而设定温度值 Tset和设定的电流值Iset是通过输入模块80进行输入设定的，显示模块70具体有两种实 施方式：
[0134] 第一种实现方式：芯片ICL7107和四位共阳极半导体数码管LED
[0135] 1、ICL7107集成了 31/2位数字A/D转换电路，独立具有参考电压、独立模拟开关、 逻辑控制、显示驱动、自动调零功能能够直接驱动LED数码管；
[0136] 2、不需要外围驱动直接驱动共阳极的LED显示；
[0137] 3、通过在输入端设计合理的等效电路实现多路不同物理量的显示；
[0138] 4、采用+5V和-5V两组电源供电；耗较小。
[0139] 5、LED属于电池控制原件，芯片本身功；
[0140] 6、显不壳度车父尚；
[0141] 7、调试方便。
[0142] 第二种实现方式：芯片ZLG7289和共阴极半导体数码管LED
[0143] 在外腔半导体激光器的恒温恒流控制系统中，需要结合按键对Iset、IaCt、ITact、 Tset、Tact五路温度和电流信号进行两路选择显示，通过ZLG7289与六位共阴极半导体数 码管LED结合，设计显示电路。
[0144] UZLG7289具有串行接口，能够同时使用按键；
[0145] 2、ZLG7289与微处理器之间的接口电路与外围电路简单，占用单片机I/O 口少；
[0146] 3、各位可独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性。
[0147] 4、按键具有消除键都懂并识别按键代码的功能
[0148] 5、通过按键连接微处理器的中断程序，实现多路不同物理量的显示。
[0149] 在本申请实施例中，ZLG7289驱动数码管显示采用的是动态扫描法，为了防止显示 出闪烁，采用了比较高的扫描频率。扫描键盘同样用的是频率较高的信号。
[0150] 为了增强抗干扰能力，还采用对的稳定直流电源给ZLG7289供电，Vcc与GND之间 的电容也要相应加大。另外复位引脚最好由主控制器来控制，每隔几分钟强制复位依次，复 位脉冲可以在50ms左右。定时强制复位可以有效防止偶尔由于电磁干扰而产生的显示不 正常和按键失灵的现象。
[0151] 在实际设计中，分为温度和电流的两路显示，按键出发KEY送入信号通过中断引 脚送入处理模块30中，对相关的量进行选择显示。
[0152] 通过上述分析可知，在本申请实施例中，控制装置由处理模块30、A/D转换模块、 D/A转换模块等组成的数字电路控制，则使用第二种实现方式，在具体实现过程中，温度和 电流等通过数字控制系统后的结果需要利用ZLG7289进行译码显示，并且可以通过软件的 方式实现数码管的消隐、闪烁等，同时可以通过微处理器对按键进行扫描从而选择显示的 物理量，电路设计从次清晰，调试简单，便于扩展。
[0153] 在本申请实施例中，处理模块30通过一定的控制算法计算和调整得到的温度执 行数据，在本申请实施例中，控制算法可以是普通PID控制算法、改进的数字PID控制算法， 改进的数字PID控制算法比普通PID控制算法的扰动明显减少，动态系统的平衡更加稳定， 运用于控制系统能够使得被调量更快的达到稳定状态，精度更好。
[0154] 对于外腔半导体激光器的温度的模糊PID控制器，其输入为：e和ec ;通过模糊集 获得49条规则，然后输出模糊后的Kp，I，Kd。
[0155] Kp= kp. + {ei, eci}p
[0156] K;= k i' + {ei, eci} i
[0157] Kd= k d> + {ei, eci} d
[0158] PID控制系统通过对模糊规则的结果处理、查表和运算。完成对PID参数校正。依 据此算法进行的PID调节能够将精度提高。
[0159] 在本申请实施例中，假设温度的传递函数为：
[0160]
[0161] 在本申请实施例中，在处理模块30获取外腔半导体激光器的实际温度和电流值 及设定的温度和电流值之后，将实际温度值和设定的温度值及将实际电流值与设定电流值 惊醒比较，获得温度和电流的偏差e和偏差ec，从而进行PID控制，由于对于硬件实现过程 中，对PID的三个参数的调节则是通过对整个控制电路的电流实现调节，因此，从处理模块 30输出的则是与经PID控制后输出的控制量的对应的电流的大小。在这里，只知道电流的 大小，并不知道电流的方向。
[0162] 本申请实施例中，在获得从处理模块30输出的电流大小后，将实际温度和电流值 及设定的温度和电流值发送至D/A转换模块，在本申请实施例中，D/A转换模块与A/D转化 模块相对应，数/模转换所选用的芯片是TI公司生产的DA8554,该器件为4通道，16位超 低功耗电压输出型数字转换模拟控制器。
[0163] 在DAC8554中，首先数字化的第一温度值，数字化的第一预设温度值、数字化第一 电流值和数字化的第一预设电流值转化为模拟化的第一温度值，模拟化的第一预设温度 值、模拟化的第一电流值和模拟化的第一预设电流值，在进行模/数转化，获得模拟化的信 号后，将模拟化的第一温度值与模拟化的第一预设温度值进行比较，将模拟化的第一电流 值与模拟化的第一预设电流值进行比较，从而得到从处理模块30中输出的第一电流值的 方向。
[0164] 由于DAC8554接收了由处理模块30发送的第一电流，从而DAC8554能够基于第一 电流的大小及第一电流的方向，生成第一控制信号，发送给驱动模块50。
[0165] 驱动模块50,与所述数/模转化模块40连接，用于接收并基于所述第一电流值和 所述第一控制信号，生成并输出温度控制信号。
[0166] 在本申请实施例中，经过改进的数字PID控制后，由DAC8554输出的控制量 是-5V~+5V模拟电压，电流小，因而功率小。因此要将功率进行放大，才能驱动系统的第 一调节模块。
[0167] 第一调节模块60,与所述半导体激光器封装在一起，与所述驱动模块50连接，用 于接收并基于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作，以使所述半导体激光器的所述当 前温度值从所述第一温度值调整为第二温度值，其中，所述第二温度值与第一预设温度值 之差小于第一预设温度差值。
[0168] 在本申请实施例中，由DAC8554输出的关于电流的控制量，则可以直接通过电路 对控制电路中的电流进行手动控制。
[0169] 在本申请实施例中，当DAC8554输出正电压时，正电流流入半导体制冷器，对被控 对象外腔半导体进行制冷；
[0170] DAC8554输出负电压时，负电流流入半导体制冷器，对被控对象外腔半导体进行加 热。从而保证外腔半导体保持理想的温度。
[0171] 所述控制装置还包括：
[0172] 稳压模块，与所述模/数转化模块20和所述数/模转化模块40相连，用于为所述 模/数转化模块20和所述数/模转化模块40提供第一稳压电压。
[0173] 在本申请实施例中，为了提高系统的稳定性和精度，在研究了每个模块正常工作 需要的供电电压之后，在开发的高精度多级双极性直流稳压电源的基础上，设计第三级基 于三端稳压器件7805的直流稳压电路，并且考虑到本部分主要为数字电路，因此将数字地 和模拟地分开，减少干扰，第二级输出的±12. 0V电压通过第三级稳压模块，获得更高精度 的±5V电压。
[0174] 同时，在电路设计中，AD转换芯片ADS8345和DA转换芯片DAC8552的参考电压 Vref直接决定系统的转换精度，而其供电电压对转换精度和稳定度有影响，因此本系统将 开发的高精度稳压源输出的+12V电压作为高精度参考电压芯片REF02的输入电压，则其输 出的+5. 0参考电压的精度更高。
[0175] 该电压提供ADS8345和DAC8554的精密参考电压和正常工作的供电电压，从而使 得AD转换和DA转换过程更稳定，精度也更高，外腔半导体激光器的恒温恒流数字控制系统 更加稳定。
[0176] 通过本申请实施例中的一个或多个技术方案，可以实现如下一个或多个技术效 果：
[0177] 一、由于本申请实施例中控制装置包括：采集模块，与所述半导体激光器连接，用 于采集所述半导体激光器的第一温度模型输出的当前温度值为模拟化的第一温度值；模/ 数转化模块，与所述采集模块连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值转化为数字化 的第一温度值；处理模块，与所述模/数转化模块连接，用于接收所述数字化的第一温度 值，基于所述数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块上 的第一电流，输出第一电流值；数/模转化模块，与所述处理模块连接，用于基于所述第一 电流值、所述模拟化的第一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一 预设温度值之间的模拟化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变 化率，输出第一控制信号；驱动模块，与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第 一电流值和所述第一控制信号，生成并输出温度控制信号；第一调节模块，与所述半导体激 光器封装在一起，与所述驱动模块连接，用于接收并基于所述温度控制信号，执行制冷或制 热操作，即不会像现有技术中对半导体激光器温度和电流的控制采用的是模拟电路，并基 于比例积分微分来实现，而通过比例积分微分进行控制的过程中，对系统参数的调整主要 依靠经验数据，并不能够基于反馈原理、差值及差值变化率对系统参数进行在线实时更新 控制，所以，采用本技术方案能够提高控制量的精确度及控制范围，因此，采用本方案能够 解决现有技术中的控制装置存在控制精度低、控制范围较小的技术问题，从而达到提高控 制装置的控制精度及控制范围的技术效果。
[0178] 二、由于本申请实施例中的技术方案是稳压模块，与所述模/数转化模块和所述 数/模转化模块相连，用于为所述模/数转化模块和所述数/模转化模块提供第一稳压电 压。即不会像现有技术的稳压源在稳压电源的供电电压或负载电阻发生变化，由于稳压电 源的线路简单，稳压电源对电压的控制能力有限，而采用本方案能够解决半导体激光器输 出电压不稳定、误差高的技术问题，从而达到使得半导体激光器输出电压稳定、误差小的技 术效果。
[0179] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序 产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产 品的形式。
[0180] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程 图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一 流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算 机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理 器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生 用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能 的装置。
[0181] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指 令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能。
[0182] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0183] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种控制装置，用于控制一半导体激光器，所述控制装置包括： 采集模块，与所述半导体激光器连接，用于采集所述半导体激光器的第一温度模型输 出的当前温度值为模拟化的第一温度值，其中，所述第一温度模型为基于单位时间内进入 所述半导体激光器的进入空气热量、所述半导体激光器内的至少一个电子元件的发热量、 从所述半导体激光器排出的排出空气热量及所述半导体激光器的内腔壁向外腔壁传导的 传热量而建立的数学模型； 模/数转化模块，与所述采集模块连接，用于接收并将所述模拟化的第一温度值转化 为数字化的第一温度值； 处理模块，与所述模/数转化模块连接，用于接收所述数字化的第一温度值，基于所述 数字化的第一温度值及数字化的第一预设温度值，调整流入所述处理模块上的第一电流， 输出第一电流值； 数/模转化模块，与所述处理模块连接，用于基于所述第一电流值、所述模拟化的第 一温度值与与所述数字化的第一预设温度值对应的模拟化的第一预设温度值之间的模拟 化的第一温度差值，及基于所述模拟化的第一温度差值而获得的变化率，输出第一控制信 号； 驱动模块，与所述数/模转化模块连接，用于接收并基于所述第一电流值和所述第一 控制信号，生成并输出温度控制信号； 第一调节模块，与所述半导体激光器封装在一起，与所述驱动模块连接，用于接收并基 于所述温度控制信号，执行制冷或制热操作，以使所述半导体激光器的所述当前温度值从 所述第一温度值调整为第二温度值，其中，所述第二温度值与第一预设温度值之差小于第 一预设温度差值。2. 如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述采集模块还用于： 采集所述半导体激光器的第一电流模型输出的当前电流值为模拟化的第一电流值。3. 如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块还用于： 接收由所述模/数转化模块输出的与所述模拟化的第一电流值对应的数字化的第一 电流值，基于所述数字化的第一电流值、数字化的第一预设电流值，调整流入所述处理模块 的第二电流，输出第二电流值。4. 如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述数/模转化模块还用于： 用于基于所述第二电流值、所述模拟化的第一电流值与与所述数字化的第一预设电流 值对应的模拟化的第一预设电流值之间的模拟化的第一电流差值，及基于所述模拟化的第 一电流差值而获得的变化率，输出第二控制信号，以供第二调节模块对所述半导体激光器 的所述当前电流值进行调节，以使所述当前电流值从所述第一电流值调整为第二电流值， 且所述第二电流值与第一预设电流值之差小于第一预设电流差值。5. 如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括： 输入模块，与所述处理模块连接，用于输入所述第一预设温度值及第一预设电流值。6. 如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括： 显示模块，与所述处理模块相连，用于显示所述当前温度值、所述第一预设温度值、所 述当前电流值及所述第一预设电流值。7. 如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括： 稳压模块，与所述模/数转化模块和所述数/模转化模块相连，用于为所述模/数转化 模块和所述数/模转化模块提供第一稳压电压。
【文档编号】G05B19/042GK106033203SQ201510104561
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月10日
【发明人】程凯
【申请人】联想(北京)有限公司